CN104733185A - 车辆用染料敏化太阳能电池的曲面化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种车辆用染料敏化太阳能电池的曲面化方法，包括：(i)通过在平面薄膜玻璃衬底上形成透明导电层，然后形成染料敏化太阳能电池的光电极或相对电极，来制造第一衬底；(ii)通过利用第一曲面夹具，对形成有光电极或相对电极的第一衬底进行弯折，以形成与车辆的顶板具有相同曲率的第一衬底；(iii)将外部粘合剂涂覆在曲面化的第一衬底上；(iv)通过利用第二曲面夹具，对第二衬底进行弯折，以形成与第一衬底具有相同曲率的第二衬底；以及(v)将第二衬底布置在第一衬底上，并且使外部粘合剂在具有相同曲率的第一衬底与第二衬底之间固化。

Description

车辆用染料敏化太阳能电池的曲面化方法
技术领域
本发明涉及一种制造与车辆顶板具有相同曲率的曲面化太阳能电池模块的方法。
背景技术
近年来，由于环境友好型能源领域已变得非常重要，因此光电转换元件，诸如太阳能电池等，已被广泛使用。
其中，硅太阳电池已在商业上使用，并已应用到车辆的天窗部，然而，由于不透明性和高成本，使硅太阳电池的使用受到限制。
因此，用作半透明和透明的太阳能电池的染料敏化太阳能电池最近已被开发以供商用，因此，人们对太阳能电池在诸如车辆和光伏建筑一体化(BIPV)等各应用领域中的应用，开始积极地研究。
一般来说，染料敏化太阳能电池是指具有以下结构的电池，即工作电极和相对电极在透明导电衬底上相结合，并且在工作电极和相对电极之间填充有I/I3基电解质。工作电极通常涂布有诸如TiO2等半导体氧化物厚膜，其上吸附有能够吸收光的钌基染料，并且相对电极涂布有使用铂的催化剂电极。
由于染料敏化太阳能电池制造成本低、可用于制造透明导电衬底、并可用于制造具有不同设计的太阳能电池，因此已连续进行对染料敏化太阳能电池进行实证研究，并且染料敏化太阳能电池已基本应用到各个领域。具体地，染料敏化太阳能电池已被引入到BIPV建筑物的屋顶或窗户。此外，染料敏化太阳能电池目前已取代硅太阳电池，被应用到车辆的车顶。
染料敏化太阳能电池主要以平面模块的形式被应用，并且尚未频繁地尝试将柔性染料敏化太阳能电池应用到袋状物或织物的曲线点。事实上，由于曲面结构的设计，平面模块无法被应用到车辆的曲面结构上。
尽管已通过安装平面衬底或柔性染料敏化太阳能电池，将各种设计逐渐应用到车辆，但是这样做可能会使设计劣化。
因此，需要开发染料敏化太阳能电池的曲面化结构或设计，在不损失太阳能的光电转换性能的情况下，将染料敏化太阳能电池应用到车辆等。
当车辆的顶板与在衬底上制造的太阳能电池模块连接时，该衬底不具有与图1的所示的相同曲率，或者具有如图1的所示的平面表面，车顶和太阳能电池无法彼此紧密地接触，因此会产生分离，从而降低了机械稳定性和式样的美观性。另外，由于存在如图1的所示的曲率差，因此会产生当模块之间的结合部件彼此不紧密接触时所产生的电阻。
在改进的太阳能电池板的现有技术中，已提供这样的配置，即层叠的太阳能电池模块在约80℃至200℃范围内的加热状态下和真空状态下，被加热并压在两块金属板之间，然后被压在两曲面染料之间。
在现有技术中，还提供一种将一对导电膜玻璃板安装在曲面形式上的模塑方法，使得该对导电膜玻璃板的外周部可由曲面形式的外周部支撑。该方法还可包括将该对导电膜玻璃板加热并弯折成预期的形状。
此外，已开发一种制造用于车辆材料的玻璃的方法。该方法显示第一玻璃衬底和第二玻璃衬底可同时被弯折，以便当第一玻璃衬底和第二玻璃衬底聚合时具有预定的3D曲面形状。
此外，已提出一种制造用于车辆天窗的太阳能电池模块的方法，在该方法中，通过所制造的层压机装置的底板，执行将天窗的曲面玻璃和太阳能电池结合起来的层压操作，使底板具有与天窗的曲面玻璃相同的曲率。然而，上述技术并不适应于具有多种曲率的车辆的车顶。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
在优选方面，本发明可解决在顶板和太阳能电池之间紧密接触方面的上述技术难题中的一个或多个。具体地，本发明提供一种制造曲面化太阳能电池模块的方法，当太阳能电池模块附接到曲面顶板时，该曲面化的太阳能电池模块可紧密接触车辆的曲面顶板，而不发生分离。因此，通过制造与顶板具有相同曲率的曲面化太阳能电池模块，可使施加到该模块的应力最小。
在一个方面，一种车辆用染料敏化太阳能电池的曲面化方法，包括以下步骤：(i)通过在平面薄膜玻璃衬底上形成透明导电层，然后形成染料敏化太阳能电池的光电极或相对电极，来制造第一衬底；(ii)通过利用第一曲面夹具，对形成有光电极或相对电极的第一衬底进行弯折，以形成与车辆的顶板具有相同曲率的第一衬底；(iii)将外部粘合剂涂覆在曲面化的第一衬底上；(iv)通过利用第二曲面夹具，对第二衬底进行弯折，以形成与第一衬底具有相同曲率的第二衬底；以及(v)将第二衬底布置在第一衬底上，并且使外部粘合剂在曲面状态下的衬底之间固化。
利用本发明的方法制造的曲面化模块与现有技术相比具有优点。例如，如图1所示，可消除因车顶和太阳能电池之间无法紧密接触，以及当顶板与在平面衬底上制造的太阳能电池模块连接时所产生的分离所导致的机械稳定性和式样美观性的劣化。此外，可减少模块之间的结合部件因存在曲率差而无法彼此紧密接触所产生的电阻，因此可改善太阳能电池板的性能。此外，通过在结合之前使模块曲面化而使施加到模块的应力最小，并且由于车辆顶板在各个位置具有不同的曲率，因此制造相对应的、不同的曲面玻璃衬底。此外，可以通过利用常规的电极印刷工艺设备以及在平面衬底上形成电极，来制造曲面化模块。
本发明还提供包括从本文所公开的方法中获得的或者可获得的染料敏化太阳能电池的车辆顶板。本发明还提供包括机动车辆在内的车辆，该车辆包括车辆顶板，该车辆顶板包括如本文所公开的染料敏化太阳能电池。
下文将讨论本发明的其他方面和优选实施方式。
附图说明
通过下面的详细描述，并结合附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将会更加显而易见，其中：
图1示出现有技术中一般平面模块与板的结合状态；
图2示出根据本发明示例性实施例制造示例性曲面化太阳能电池模块的示例性方法；
图3示出根据本发明示例性实施例将示例性的曲面化太阳能电池模块与曲面顶板相结合的示例性工艺；以及
图4示出利用示例性衬底内曲装置的示例性方法。
应当理解，附图不必按比例绘制，而是呈现出说明本发明基本原理的各种优选特征的某种简化表示。本文中所公开的本发明的特定设计特征包括例如特定尺寸、取向、位置和形状，这些特征将部分地由预期的具体应用和使用环境来确定。
在附图中，在全部的几张图中，附图标记指代本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
应该理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语一般而言包括机动车辆，诸如包含运动型多用途车辆(SUV)，公共汽车，货车，各种商用车辆的客车，包含各种轮船和舰船的船只，飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车、氢动力汽车和其他替代燃料汽车(例如，从非石油资源获得的燃料)。如文本所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油提供提供动力的车辆和电力提供动力的车辆两者。
本文使用的术语仅为了描述具体实施例，而并非旨在限制本发明。如本文所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时，其指所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任何和所有组合。
下面详细参考本发明的各种实施方式，本发明的实施例在附图中被图解并且在下面被描述。尽管本发明将结合示范性实施例被描述，然而可以理解的是，本描述并不意在将本发明限制到那些示范性实施例上。相反地，本发明意在不仅仅覆盖示范性实施例，而且覆盖各种可选形式、变型、等价形式和其它实施例，其可被包含在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围中。
本发明提供一种车辆用染料敏化太阳能电池的曲面化方法。该方法可包括以下步骤：(i)通过在平面薄膜玻璃衬底上形成透明导电层，然后形成染料敏化太阳能电池的光电极或相对电极，从而制造第一衬底；(ii)通过利用第一曲面夹具(夹具1)，对形成有光电极或相对电极(counter electrode)的第一衬底进行弯折，使得第一衬底与车辆的顶板具有相同的曲率；(iii)将外部粘合剂涂覆到曲面化的第一衬底上；(iv)通过利用第二曲面夹具(夹具2)，对第二衬底进行弯折，使得第二衬底与第一衬底具有相同的曲率；以及(v)将第二衬底放置在第一衬底上，并且使外部粘合剂在衬底之间以曲面状态固化(图2)。具体地，每个步骤可在去除了曲面夹具之后、保持每个衬底处于曲面形式的工艺条件下进行。
可选地，可以相反的顺序执行步骤(iii)和(iv)。同时，可在夹具的边缘部上涂布一个或多个间隔片(spacer)，并且可在安装到第一夹具上的第一衬底上，加工用于注入电解质的一个或多个孔。间隔片可被定型为销状，使得间隔片可布置在用于注入电解质的孔中。可选地，间隔片可以为具有一个开口端的U形。
可同轴或双轴地弯折第一衬底和第二衬底，可在两个或多个位置处应用曲率的数量，且曲率半径可以约为2m至9m。
第一夹具或第二夹具可真空吸附并支撑衬底，并且夹具的边缘可具有保持衬底以防止衬底成为平面的环形结构。由诸如硅、橡胶或树脂等弹性材料制成的间隔片可涂布在夹具的边缘上。
穿过第一衬底的用于注入电解质的孔的销状间隔片，可布置在第一夹具中，并且销状间隔片的直径可以约为2mm或更小。销状间隔片的材料可选自硅、橡胶、树脂和特氟隆。
外部粘合剂可以是，但不限于，光固化或热固化的环氧树脂或硅酮粘合剂。
施加到曲面化的染料敏化太阳能电池模块的应力的大小，可约为一片薄膜玻璃衬底在弯曲时被施加的应力的大小。
图3示出根据示例性实施例的与曲面顶板相结合的示例性曲面化模块。
在图4中，在上夹具和下夹具的每个夹具中可包括真空吸附装置，使衬底在被吸附到夹具上时，可被曲面化。
夹具的边缘部可具有保持衬底以防止衬底成为平面的形状，并且可涂布有由弹性材料等制成的一个或多个间隔片，从而用来保持上衬底与下衬底之间的间隔，并防止衬底被损坏。可在安装到第一夹具或下夹具(夹具1)上的第一衬底中加工用于注入电解质的孔。因此，穿过孔的销状间隔片可均匀地保持第一衬底与第二衬底之间的间隔，可选地，保持上衬底和下衬底之间的间隔。
尽管已参考本发明的示例性实施方式对本发明进行了描述，然而，应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例，相反地，本发明旨在涵盖被包括在附属权利要求的精神和范围之内的各种修改和等同设置。

Claims (18)

1.一种车辆用染料敏化太阳能电池的曲面化方法，包括以下步骤：
(i)通过在平面薄膜玻璃衬底上形成透明导电层，然后形成所述染料敏化太阳能电池的光电极或相对电极，来制造第一衬底；
(ii)通过利用第一曲面夹具，对形成有所述光电极或相对电极的所述第一衬底进行弯折，以形成与所述车辆的顶板具有相同曲率的所述第一衬底；
(iii)将外部粘合剂涂覆在曲面化的第一衬底上；
(iv)通过利用第二曲面夹具，对第二衬底进行弯折，以形成与所述第一衬底具有相同曲率的所述第二衬底；以及
(v)将所述第二衬底布置在所述第一衬底上，并且使所述外部粘合剂在具有相同曲率的所述第一衬底与所述第二衬底之间固化。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(iv)先于所述步骤(iii)执行。
3.如权利要求1所述的方法，其中在所述夹具的边缘部上涂布一个或多个间隔片。
4.如权利要求1所述的方法，其中在安装到所述第一夹具上的所述第一衬底上加工用于注入电解质的一个或多个孔。
5.如权利要求4所述的方法，其中销状的所述间隔片布置在用于注入电解质的所述孔中。
6.如权利要求1所述的方法，其中同轴地或双轴地弯折所述第一衬底和所述第二衬底。
7.如权利要求1所述的方法，其中曲率的数量是一个或多个。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述曲率的半径约为2m至9m。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述夹具被配置成真空吸附并支撑所述衬底。
10.如权利要求3所述的方法，其中所述夹具的边缘具有用于保持所述衬底来防止所述第一衬底或所述第二衬底成为平面的环形结构。
11.如权利要求3所述的方法，其中由弹性材料制成的所述间隔片涂覆在所述夹具的边缘上。
12.如权利要求5所述的方法，其中所述销状间隔片的直径为大约2mm或更小。
13.如权利要求5所述的方法，其中所述销状间隔片的材料选自硅、橡胶、树脂和特氟隆。
14.如权利要求3所述的方法，其中所述间隔片为具有一个开口端的U形。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述外部粘合剂是光固化或热固化的环氧树脂或硅酮粘合剂。
16.如权利要求1所述的方法，其中施加到所述曲面的染料敏化太阳能电池模块的应力的大小，约为一片所述薄膜玻璃衬底在弯曲时被施加的应力的大小。
17.一种车辆顶板，包括从如权利要求1所述的方法中获得的染料敏化太阳能电池。
18.一种车辆，包括如权利要求17所述的车辆顶板。
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